Dvojcestný usmerňovač s vyhladzovacím kondenzátorom na výstupe - mostíkové zapojenie

Jeho zapojenie aj s príslušnými priebehmi je na nasledujúcich obrázkoch.

Zadefinujme si jednotlivé obvodové veličiny použité v schéme a grafe priebehov : iF ......... prúd diódou D1, D2 iF' ......... prúd diódou D3, D4 i0 ......... výstupný jednosmerný prúd v obvode iz ......... prúdu záťažou Rz in ......... nabíjací prúd kondenzátora C iv ......... vybíjací prúd kondenzátora C u2, u2' ......... napätie sekundárneho vinutia transformátora podľa polarity uC ......... napätie na kondenzátore C u0 ......... výstupné jednosmerné napätie UZV ......... maximálna hodnota 1. harmonickej zložky napätie zvlnenia výstup. jednosmer. napätia u0 UZVp ......... maximálne - špičkové napätie zvlnenia UZVpp ......... maximálny rozkmit zvlnenia ( peak- peak / špička-špička ) IFmax ......... maximálny prúd diódou D1, D2 IFmax' ......... maximálny prúd diódou D3, D4 I0 ......... stredná hodnota jednosmerného prúdu i0 v obvode IFmaxnab ......... maximálny prúd diódami D1, D2 v okamihu pripojenia napätia u2 k usmerňovaču, keď sa kondenzátor C začína nabíjať U0 ......... stredná hodnota jednosmerného napätia u0 na výstupe usmerňovača UCmax ......... maximálna hodnota napätia na kondenzátore C UCmin ......... minimálna hodnota napätia na kondenzátore C

Popíšme si činnosť dvojcestného usmerňovača na základe schémy obvodu a grafov priebehov napätí a prúdov :

       Pre činnosť obvodu platí vo všeobecnosti to, čo bolo povedané pri popise činnosti jednocestného usmerňovača a dvojcestného usmerňovača so súmerným sekundárnym vinutím transformátora s kondenzátorom na výstupe.

       Ako zo schémy vidieť, je tu použitý transformátor s jednym sekundárnym vinutím a usmerňovač tvoria štyri usmerňovacie diódy.  Napätie u₀ na svorkách 3-3' má svoju strednú hodnotu o veľkosti U₀, je zvlnené, s maximálnym rozkmitom U_ZVpp a maximálnou amplitúdou prvej harmonickej zvlnenia U_ZV.

       Ak si teraz všimneme priebeh napätia u₀ v časoch  0 - t₁,  t₁- t₂,  t₂- t₃  môžeme vysloviť na základe poznatkov z dvojcestného usmerňovača so súmerným sekundárnym vinutím transformátora s vyhladzovacím kondenzátorom nasledovné :
       V čase t = 0 s , keď k primárnemu vinutiu transformátora pripojíme napätie u₁, sa začína nabíjať kondenzátor C. Rýchlosť nabíjania kondenyátora je daná časovou konštantou obvodu :

Pretransformované napätie u₂ má okamžitú hodnotu vyššiu ako je napätie u_C na kondenzátore ( kondenzátor je vybitý ) a preto sú diódy D₁ a D₂ otvorené a vodivé ( diódy D₃ a D₄ sú v tom čase uzatvorené - na ich anódach je nižšie napätie ako na katódach.)  Zároveň tečie diódami D₁ a D₂ prúd i_F , ktorého maximálna hodnota má veľkosť I_Fmaxnab ( na začiatku musí zdroj dodať veľký náboj do kondenzátora a to veľkým prúdom.)
       V čase t₁ bude okamžitá hodnota napätia u₂ rovnaká ako napätie na kondenzátore C ( čo je zároveň maximálna hodnota napätia na kondenzátora U_Cmax )  Od tohto okamihu bude sekundárne napätia u₂ menšie ako u_C a diódy D₁ a D₂ sú zatvorené ( na anódach je menšie napätie ako na katódach ) a nepreteká nimi žiaden prúd i_F.    V časovom intervale t₁- t₂ preberá úlohu zdroja energie pre záťaž R_Z kondenzátor C. Kondenzátor C sa začína do záťaže R_Z vybíjať a jeho napätie u_C klesá. Rýchlosť poklesu tohto napätia je daná časovou konštantou:

       Zároveň v tomto časovom intervale dochádza aj k zmene polarity sekundárneho napätia u₂ ( kresleného na schéme zelenou farbou ) na napätie u₂' ( kresleného na schéme svetlomodrou farbou )   medzi svorkami a, b sekundárneho vinutia transformátora. Na anóde diódy D₁ sa objaví záporný pól napätia u₂', pričom jej katóda je pripojená na kladný pól kondenzátora C. Na katóde diódy D₂ sa objaví kladný pól napäti u₂', pričom jej anóda je pripojená na záporný pól kondenzátora C. Preto sú tieto diódy uzatvorené a netečie nimi žiaden prúd. Naopak. Kladný pól napätia u₂' pôsobí na anódu diódy D₃ a záporný pól tohto napätia na katódu diódy D₄. Tieto diódy sú zatiaľ polarizované v závernom smere, lebo napätie u_C ,  hoci klesá, má stále vyššiu hodnotu ako napätie u₂'.    Napätie u_C na kondenzátore C prestane klesať v okamihu, keď okamžitá hodnota sekundárneho napätia u₂' dosiahne hodnotu U_Cmin . To sa stane v čase t₂. Vtedy sa diódy D₃ a D₄  začnú byť polarizované v priamom smere, otvoria a začína nimi pretekať prúd i_F',  ktorým sa dodáva energia pre záťaž R_Z a zároveň sa ním nabíja kondenzátor C. Prúd i_F' diódami D₃ a D₄ má maximálnu hodnotu I_Fmax'. Táto maximálna hodnota je však niekoľko krát menšia ako maximálna hodnota prúdu I_Fmaxnab na začiatku nabíjania kondenzátora C v časovom intervale 0 - t₁.

       Kondenzátor C sa nabíja až na hodnotu U_Cmax, čo nastane v čase t₃. Vtedy začne mať striedavé napätie u₂' nižšiu hodnotu ako napätie U_Cmax , čím sa diódy D₃ a D₄ uzatvoria a kondenzátor C automaticky preberá funkciu zdroja energie pre záťaž R_Z. Napätie na ňom pomaly klesá až na hodnotu U_Cmin. Celý proces nabíjania a vybíjania kondenzátora sa periodicky opakuje. Frekvencia zmien napätia u_C je dvojnásobná voči kmitočtu primárneho napätia u₁ energetickej rozvodnej siete preto, lebo počas jednej periódy T primárneho napätia u₁ sa kondenzátor nabije na napätia U_Cmax a vybije na napätia U_Cmin dva krát.

Veľkosť zvlnenia usmerneného napätia posudzujeme činiteľom zvlnenia j_zv :

  [%; V, V]

       Zvláštny prípad pre zdroj nastáva, keď usmerňovač pracuje naprázdno, t.j. na výstupných svorkách 3-3' nie je pripojený zaťažovací rezistor R_Z. Vtedy sa vyhladzovací kondenzátor C nabije na maximálnu hodnotu napätia U_2max, ktorá je na sekundárnom vinutí transformátora a diódy D₁, D₂, D₃ a D₄ sa uzatvoria. Uhol otvorenia 2a ₀ je nulový a zvlnenie výstupného jednosmerného napätia u₀ je tiež nulové. Zodpovedajúce výstupné napätie naprázdno, jeho stredná hodnota, U_0max = U_2max , čo je najväčšie výstupné napätie usmerňovača a teda aj zdroja na svorkách 3-3'.

       Pri zvyšovaní strednej hodnoty odoberaného jednosmerného prúdu I₀ zo zdroja sa stredná hodnota jednosmerného napätia U₀ na výstupných svorkách zdroja 3-3' zmenšuje, jeho zvlnenie sa zväčšuje, čím narastá aj veľkosť činiteľa zvlnenia j _zv. Konkrétny priebeh jednosmerného napätia u₀ závisí od hodnoty vyhladzovacieho kondenzátora C, frekvencie f sieťového napätia u₁ a celkového fázového odporu usmerňovača R_f.

       Potrebnú veľkosť vyhladzovacieho kondenzátora C pre konkrétnu hodnotu činiteľa zvlnenia j _zv, veľkosť odporu zaťažovacieho rezistora R_Z a frekvenciu f sieťového napätia môžeme určiť z nasledujúceho približného vzťahu :

   [F; Hz, - , W ]

alebo zo vzťahu :

[F; A, Hz, V ]

Výber diód :	Stredná hodnota prúdu IFav prechádzajúca diódami D1, D2, D3 a D4 sa rovná jednej polovici strednej hodnoty jednosmerného prúdu I0 . Teda : Maximálne napätie v spätnom smere URM je : URM ³ U2max alebo pre sínusové usmerňované napätie môžeme písať :